CN107061041A - 带有集成的排气歧管和冷却套的内燃机的气缸盖 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机的气缸盖，其至少具有集成的排气歧管，排气歧管带有：a.至少两个引导废气的管路，其大致彼此并排布置并且其在排气歧管出口上游分别在流动连接部位处被汇集至集流管路，其中，这些管路就在流动连接部位之前通过壁的终端区域彼此分离以及b.至少一个冷却剂套，其至少布置在管路之上和/或之下并且其具有上分界壁和下分界壁，其中，该至少一个冷却剂套和管路通过共同的分界壁彼此分离，其中，冷却剂套被冷却剂在固定的流动方向上流经，其中，在冷却剂套中在上分界壁与下分界壁之间延伸有至少一个接片，其对于冷却剂流动具有在上游的流入面，该流入面将冷却剂流动分开，其中，冷却剂流动在分隔部下游在冷却剂套的第一区域中被加速，其中，第一区域或接片的直接邻接到流入面处的部分直接布置在流动连接部位和/或终端区域之上和/或之方。

Description

带有集成的排气歧管和冷却套的内燃机的气缸盖

技术领域

本发明涉及一种带有集成的排气歧管和冷却套的内燃机的气缸盖。这样的气缸盖尤其通过铸造方法来制造，其中，排气歧管的多个引导废气的管路和冷却套集成在一件式的构件中。引导废气的管路和冷却套具有由铸造材料构成的共同的分界壁。

背景技术

这样的气缸盖尤其是用于机动车的内燃机(例如柴油发动机、汽油发动机或混合发动机)的一部分。在燃料在内燃机或发动机缸体(Motorblock)的燃烧室中燃烧时所释放的热部分地通过发动机缸体的壁被发出到气缸盖处并且部分地通过废气流被发出到毗邻的构件和周围环境处。为了避免气缸盖的热学上的超负荷，可将导入气缸盖中的热流的一部分又从气缸盖抽走。从内燃机或发动机缸体的表面通过辐射和热传导引出到周围环境处的热量对于有效的冷却常常不够。因此，常常使气缸盖装备有液体冷却，在其中借助于强制的对流引起在气缸盖的内部中的冷却。

这样的液体冷却需要气缸盖装备有冷却套。冷却套在此尤其包围引导废气的管路。由于这样的冷却套，机械和热学上高负载的气缸盖的构造或制造变得还更复杂。例如由文件DE 10 2009 060 179 A1已知一种这样的带有集成的排气歧管和冷却套的气缸盖。在气缸盖的内部中将热量发出到冷却剂处。冷却剂借助于布置在冷却循环中的泵来输送，使得冷却剂在冷却套中在规定的流动方向上循环。发出到冷却剂处的热如此被从气缸盖的内部导出并且之后借助于换热器又被从冷却剂中抽出。

在气缸盖处的最高热负荷尤其出现在引导废气的管路的连接部位处，在连接部位处实现各个管路汇集成共同的集流管路(Sammelleitung)。该情况由此被增强，即来自多个燃烧室的废气子流(Abgasteilstrom)的尽可能长的分离在技术上是适宜的，因为由此可防止或最小化废气子流对另一燃烧室的充量交换的所谓的串扰或互相的横向影响。此外如此可减小在引导废气的管路中的排气背压，由此内燃机可发出更大的功率。一方面这些要求以及在机动车的内燃机的周围环境中较小的结构空间常常以排气歧管的非常复杂的设计为条件。为了保持各个引导废气的管路的尽可能长的分离或者说分开的引导因此需要在管路之间的壁的复杂的且部分薄壁的实施方案。在这些(薄)壁的终端区域中因此可产生热学上的超负荷，其例如可导致在管路的壁处的材料熔融。已知通过燃烧气体混合物的加浓(lambda<1)可反作用于这样的过热。然而该措施以不期望的消耗缺点为条件。

发明内容

由此出发，本发明的目的在于至少部分地缓和或消除由现有技术已知的问题。尤其应提供一种带有集成的排气歧管和冷却套的气缸盖，在其中可减小或防止在常规运行中气缸盖的损坏和过热的风险。另一目的在于说明一种气缸盖的设计，该气缸盖使能够通过在内燃机中或在内燃机处的措施进一步提高其功率。此外，带有排气歧管的引导废气的管路的节省空间的且有利于流动的引导是关键。

这利用一种根据权利要求1的特征的气缸盖来实现。有利的改进方案是从属权利要求的内容。在权利要求中单个提出的特征可以技术上适宜的方式相互组合并且可通过说明书中的所阐述的情况和通过附图中的细节来补充，其中，指出了本发明的另外的实施变体。

内燃机的气缸盖具有至少一个集成的排气歧管，其带有以下特征：

a.至少两个引导废气的管路，其(大致)彼此并排布置并且(仅一侧)在排气歧管出口上游分别在流动连接部位处汇集成集流管路，其中，管路(就)在流动连接部位之前分别通过(与管路中的仅仅一个相关联的或者说单独的)壁的终端区域彼此分离，以及

b.至少一个冷却剂套，其至少布置在管路之上或之下并且具有上分界壁和下分界壁。

该至少一个冷却剂套和管路借助于共同的分界壁彼此分离。冷却剂套可由冷却剂在固定的流动方向上流经。在冷却剂套中在上分界壁与下分界壁之间延伸有至少一个接片，其对于冷却剂流动具有在上游的(朝向冷却剂入口指向的)流入面(Anstroemflaeche)，该流入面划分冷却剂流动。冷却剂流动可在由接片产生的分隔部(Teilung)下游在冷却剂套的第一区域中加速，其中，第一区域或接片的直接邻接到流入面处的部分直接布置在流动连接部位和/或终端区域之上和/或之下。

引导废气的管路和冷却剂套尤其共同布置(集成)在一件式地实施的构件(所谓的气缸盖)中，使得在引导废气的管路中的废气和在冷却剂套中的冷却剂(仅)通过共同的、尤其借助于铸造方法制造的分界壁彼此分离。因此，废气和冷却剂直接沿着共同的分界壁流动并且如此确保了有效的热交换。气缸盖优选地在内部中(大约在当中或中央布置地)包括引导废气的管路并且邻近于此或围绕此、尤其(也)在引导废气的管路之上和/或之下包括以冷却套形成的冷却剂通道。冷却剂套的一部分优选地形成气缸盖的外表面或者至少直接邻近于此来构造。

冷却剂套尤其包括铸造技术制造的分界壁(由铸造材料构成)，其中，冷却剂可在由分界壁限定的体积之内循环(冷却剂通道)。该至少一个接片在冷却剂套的上分界壁与分界壁之间延伸。优选地，该至少一个接片将冷却剂套的两个相对而置的分界壁(一件式地)连接。该至少一个接片如此可提高冷却剂套的机械强度并且/或者影响流经此处的冷却剂的流动。

在此至少一个接片实施和布置成使得碰到接片上的冷却剂流动被分开并且至少部分地被转向。冷却剂流动的如此产生的子流在冷却剂套内环绕接片流动。在接片下游，尤其又使冷却剂部分流动汇集。在分隔部或流入面下游(并且邻近于该至少一个接片)使冷却剂流动在第一区域中至少部分地加速。冷却剂流动的该加速尤其通过减小冷却剂套的可流经的横截面面积(由于接片的布置)来引起并且必要时通过接片的形状来(附加地)增强。由于冷却剂流动撞击到接片的流入面上并且通过冷却剂部分流动的强制转向还引起在分界壁或接片与冷却剂之间的更高的热交换。此外通过在第一区域中流动速度的提高来提高在共同的分界壁与冷却剂之间的热交换。

这些效果(冷却剂流动撞击到接片上、冷却剂流动的涡旋和/或转向，在第一区域中冷却剂流动的加速)在此(必要时彼此独立地)被用于恰好冷却引导废气的管路的壁的终端区域，从而在此显著地减小在运行中热学上过热的风险。

接片的该布置和/或设计此外使在集成的排气歧管中(尤其来自不同燃烧室的)各个管路的尽可能长的分离成为可能。如此恰好还可在结构上设置壁的非常薄壁的终端区域，其中，必要时附加地或备选地可通过发动机内部的措施来进行内燃机的进一步的功率提升。

概念“彼此并排”、“在…之上”和“在…之下”尤其仅应使所提到的构件彼此间的空间定向容易。在装入机动车中之后的布置可不同于此地来定向。

冷却剂套至少布置在管路之上或之下。冷却剂套尤其在两侧包围彼此并排布置的管路。相应的冷却剂套区段具有上分界壁和下分界壁。在此，向下限制(上部的)第一冷却剂套的下分界壁可与第一共同的分界壁等同。向上限制(下部的)第二冷却剂套的上分界壁可与第二共同的分界壁等同。

优选地，第一区域直接布置在流动连接部位之上和/或之下并且接片直接布置在终端区域之上和/或之下。

接片尤其大致在流动方向上延伸。

尤其设置有两个冷却剂套，其中，第一冷却剂套布置在管路之上而第二冷却剂套布置在管路之下，其中在两个冷却剂套中相应布置有至少一个接片，其中，冷却剂套在流动技术上相互连接。

优选地，相应两个管路相应与内燃机的一燃烧室相关联。

第一区域或接片的直接邻接到流入面处的部分尤其直接布置在流动连接部位或终端区域之上和/或之下，在流动连接部位/终端区域处来自两个不同的燃烧室的管路汇集。

尤其使来自至少四个大致彼此并排布置的燃烧室的管路汇集至集流管路，其中，这些管路大致彼此并排布置，其中，第一区域或接片的直接邻接到流入面处的部分(仅)直接布置在流动连接部位或终端区域之上和/或之下，在流动连接部位/终端区域处外部的燃烧室的该至少一个管路与相邻的燃烧室的该至少一个管路汇集。

流入面尤其大致横向于冷却剂的流动方向，其中，流入面在平行于上部的和下部的分界壁伸延的横截面中具有至少5mm[毫米]、尤其至少7.5mm的半径。

优选地，流入面在该横截面中具有10mm[毫米]、尤其15mm的宽度。

气缸盖和接片尤其在铸造技术上共同地来制造。

根据另一设计方案，气缸盖在铸造技术上来制造而接片由单独制造的构件形成。接片尤其是浇入的或另外固定的板件，其优选地比用于气缸盖的材料具有更高的导热能力。

第一区域或接片的直接邻接到流入面处的部分尤其(仅)直接布置在流动连接部位或终端区域之上和/或之下，在流动连接部位/终端区域处外部的燃烧室的该至少一个管路与相邻的燃烧室的该至少一个管路汇集并且/或者在其中在流动连接部位处汇集的管路在其在气缸盖中(在废气入口与排气歧管出口之间)相应的延伸(沿着流动方向)的至少70%、尤其至少80%、优选地至少90%的部分上通过壁彼此分离地伸延。

附图说明

接下来根据附图来详细阐述本发明以及该技术领域。附图示出特别优选的实施例，然而本发明不限于这些实施例。尤其应指出的是，附图和尤其所示出的尺寸比例仅是示意性的。相同的附图标记表示相同的对象。其中：

图1：以从上面的视图示出了带有具有集成的排气歧管的气缸盖的内燃机；

图2：以侧视图示出了带有集成的排气歧管和排气歧管出口的气缸盖；

图3：示出了根据图2的剖面A-A；

图4：示出了根据图2的剖面B-B；

图5：以侧视图示出了带有集成的排气歧管和排气歧管出口的气缸盖；

图6：示出了根据图5穿过排气歧管的第一冷却剂套的剖面V-V；

图7：示出了根据图5穿过集流管路和排气歧管的废气出口的剖面W-W；

图8：示出了根据图5穿过集流管路和排气歧管的废气出口的剖面X-X；

图9：示出了根据图5穿过废气管路以及穿过排气歧管的废气出口的剖面Y-Y；

图10：示出了根据图5穿过排气歧管的下部的第二冷却剂套的剖面Z-Z以及

图11：以从上面的视图示出了带有排气歧管和第一冷却套的内燃机；

图12：示出了图11的右接片；以及

图13：示出了图12的细节。

附图标记清单

1 气缸盖

2 内燃机

3 排气歧管

4 第一管路

5 第二管路

6 排气歧管出口

7 流动连接部位

8 集流管路

9 第一冷却剂套

10 第二冷却剂套

11 上分界壁

12 下分界壁

13 第一共同的分界壁

14 第二共同的分界壁

15 冷却剂

16 流动方向

17 接片

18 冷却剂流动

19 分隔部

20 第一区域

21 终端区域

22 壁

23 燃烧室

24 流入面

25 横截面

26 半径

27 构件

28 废气入口

29 延伸

30 宽度。

具体实施方式

图1以从上面的视图示出了带有具有集成的排气歧管3的气缸盖1的内燃机2。在此，排气歧管3具有八个引导废气的管路4、5，这些管路从四个燃烧室23出发朝向排气歧管出口6伸延。其中的相应两个(在此表示为第一管路4和第二管路5)将废气从燃烧室23引向至流动连接部位7。管路4、5大致彼此并排布置并且通过共同的壁22彼此分离。管路4、5(相继)在排气歧管出口6上游在(在流动方向16上)另外的流动连接部位7处被汇集成(更大的)集流管路8，其中，管路4、5就在每个流动连接部位7之前通过壁22的终端区域21彼此分离。

图2以侧视图示出了带有集成的排气歧管3和排气歧管出口6的气缸盖1。在图3和4中示出了由在此所示的剖线A-A和B-B所限定的剖面。

图3示出了根据图2的剖面A-A。这里示出了带有布置在集流管路8之上的第一冷却剂套9和布置在集流管路之下的第二冷却剂套10的在排气歧管出口6的区域中包围集流管路8的冷却剂套9、10。

图4示出了根据图2的剖面B-B。这里示出了集流管路8(左边的开口：外部的左边的燃烧室23的集流管路；中间的开口：两个中间的燃烧室23的集流管路8；右边的开口：外部的右边的燃烧室的集流管路8)以及上部的冷却剂套9和下部的冷却剂套10。可辨识出两个冷却剂套9、10在剖面B-B中通过接片17打断。

由图3和4可辨识出，冷却剂套9、10在流动技术上相互连接。这里，冷却剂套9、10在两侧包围彼此并排布置的管路4、5或8。相应的冷却剂套9、10具有上分界壁11和下分界壁12(也参见图8)。在此，向下限制(上部的)第一冷却剂套9的下分界壁12可与第一共同的分界壁13等同。向上限制(下部的)第二冷却剂套10的上分界壁11可与第二共同的分界壁14等同。

在由分界壁11、12所限定的体积之内循环有冷却剂15，其中，两个冷却剂套9、10在流动技术上相互连接。两个冷却剂套9、10在(共同的或者但是也彼此相反的，见图3)流动方向16上被冷却剂流经。

接片17在相应的冷却剂套9、10的上分界壁11与下分界壁12之间延伸并且如此提高了冷却剂套9、10的机械强度。冷却剂套9、10在两侧上围绕彼此并排布置的管路4、5和排气歧管出口6。

图5以侧视图示出了带有集成的排气歧管3和排气歧管出口6的气缸盖1。在图6到10中示出了由这里所示的剖线V-V、W-W、X-X、Y-Y和Z-Z所限定的剖面。

图6示出了通过排气歧管3的第一冷却剂套9的剖面V-V。第一冷却剂套9被冷却剂15在固定的流动方向16上流经，其中，在第一冷却剂套9中这里在上分界壁11与下分界壁12之间延伸有多个接片17(见图4)，这些接片对于冷却剂流动18具有在上游的流入面24，其相应将冷却剂流动18分开。

图7示出了通过集流管路8和排气歧管3的排气歧管出口6的剖面W-W。图8示出了通过集流管路8和排气歧管3的排气歧管出口6的剖面X-X。这里可辨识出各个通过壁22至少部分地分离的集流管路8，其在朝向排气歧管出口6的方向上被汇集成共同的集流管路8。在集流管路8侧面示出了上部的第一冷却剂套9。

图9示出了通过管路4、5和8以及通过排气歧管3的排气歧管出口6的剖面Y-Y。这里可辨识出各个通过壁22至少部分地分离的管路4、5和集流管路8，其在朝向排气歧管出口6的方向上被汇集成共同的集流管路8。在集流管路8侧面示出了下部的第二冷却剂套10。

图10示出了通过排气歧管3的下部的第二冷却剂套10的剖面Z-Z。第二冷却剂套10被冷却剂15在固定的流动方向16上流经，其中，在第二冷却剂套10中这里在上分界壁11与下分界壁12之间延伸有多个接片17(见图4)，这些接片对于冷却剂流动18具有在上游的流入面24，其相应将冷却剂流动18分开。

图11以从上面的视图示出了带有排气歧管3和第一冷却套9的内燃机2，其中，共同示出了这两个剖面V-V(见图6)和X-X(图8；这里以虚线示出)。在此排气歧管3还具有八个引导废气的管路4、5，其从四个燃烧室23出发朝向排气歧管出口6延伸。相应两个管路4、5将废气从燃烧室23引导直至流动连接部位7。在流动连接部位7处汇集的管路4、5部分地在其在气缸盖1中(在废气入口28与排气歧管出口6之间)相应的伸延29(沿着流动方向16，见图1)的至少70%的部分上通过壁22彼此分离地伸延。

第一冷却剂套9被冷却剂15在固定的流动方向16上流经，其中，在第一冷却剂套9中这里在上分界壁11与下分界壁12之间延伸有多个接片17(见图4)，这些接片对于冷却剂流动18具有在上游的流入面24，其相应将冷却剂流动18分开。冷却剂流动18在分隔部19(见图12)下游在第一冷却剂套9的第一区域20中被加速，其中，第一区域20或接片17的直接邻接到流入面24处的部分直接布置在流动连接部位7和/或终端区域21之上和/或之下。

这里，接片17实施和布置成使得碰到接片17上的冷却剂流动18被分开并且至少部分地被转向。冷却剂流动18的子流在第一冷却剂套9内围绕接片17流动。在接片17下游又使冷却剂部分流动汇集。

这里如所述那样布置有两个接片17(冷却剂流动18以箭头表示)。左边的接片17布置成使得第一区域20直接布置在流动连接部位7之上。右边的接片17布置成使得接片17的直接邻接到流入面24处的部分直接布置在壁22的终端区域21之上。此外，第一区域20直接布置在流动连接部位7之上。

在此，第一区域20和接片17的直接邻接到流入面24处的部分直接布置在流动连接部位7和终端区域21之上，在流动连接部位/终端区域处来自两个不同燃烧室23的管路4、5被汇集。这里，将四个彼此并排布置的燃烧室23的管路4、5汇集至集流管路8，其中，管路4、5本身同样大致彼此并排布置。这里，第一区域20和接片17的直接邻接到流入面24处的部分仅直接布置在流动连接部位7和终端区域21之上，在流动连接部位/终端区域处外部的燃烧室23的一管路4与相邻的燃烧室23的管路5汇集。

图12示出了图11的右边的接片17。这里示出了右边的接片17(实线)及其直接布置在管路4和5的流动连接部位7和壁22(虚线)的终端区域21之上。

接片17实施和布置成使得碰到接片17上的冷却剂流动18被分开并且至少部分地被转向。接片17对于冷却剂流动18具有在上游的流入面24，其将冷却剂流动18分开，其中，冷却剂流动18在分隔部19下游在这里所示的第一冷却剂套9的第一区域20中被加速，其中，第一区域20直接布置在管路4、5的流动连接部位7之上，并且接片17的直接邻接到流入面24处的部分直接布置在终端区域21之上。冷却剂流动18的子流在冷却剂套9内沿着所示的流动方向16围绕接片17流动。在接片17下游又使冷却剂部分流动汇集。冷却剂流动18的加速尤其通过减少冷却剂套9的可流经的横截面面积来引起(由于接片17布置在第一冷却剂套9中，见图11)。由于冷却剂流动18撞击到接片17上并且通过冷却剂部分流动18的强制转向引起在该区域中在第一共同的分界壁13(见图4)或接片17与冷却剂15之间更高的热交换。此外，通过在第一区域20中流动速度的提高来提高在第一共同的分界壁13与冷却剂15之间的热交换。

图13示出了图12的细节，即仅示出接片17而未示出布置在其之下的管路4、5。流入面24大致横向于冷却剂15的流动方向16延伸，其中，流入面24在平行于第一冷却剂套9(见图4)的上部的和下部的分界壁11、12伸延的横截面25中(例如在剖面V-V中，见图6)具有半径26和宽度30。

如已实施的那样，接片17可独立于(例如)铸造技术制造的气缸盖1作为单独的构件27来提供，该构件被插入气缸盖1中(或到冷却剂套9、10中)。

Claims (10)

1. 一种内燃机(2)的气缸盖(1)，其至少具有集成的排气歧管(3)，所述排气歧管带有：

a.至少两个引导废气的管路(4, 5)，其彼此并排布置并且在排气歧管出口(6)上游分别在流动连接部位(7)处被汇集至集流管路(8)，其中，所述管路(4, 5)在所述流动连接部位(7)之前分别通过壁(22)的终端区域(21)彼此分离，以及

b.至少一个冷却剂套(9, 10)，其至少布置在所述管路(4, 5)之上或之下，并且具有上分界壁(11)和下分界壁(12)，

其中，至少一个所述冷却剂套(9, 10)和所述管路(4, 5)借助于共同的分界壁(13,14)彼此分离，其中，所述冷却剂套(9, 10)能够被冷却剂(15)在固定的流动方向(16)上流经，其中，在所述冷却剂套(9, 10)中在所述上分界壁(11)与所述下分界壁(12)之间延伸有至少一个接片(17)，其对于冷却剂流动(18)具有在上游的流入面(24)，所述流入面将所述冷却剂流动(18)分开，其中，所述冷却剂流动(18)能够在分隔部(19)下游在所述冷却剂套(9, 10)的第一区域(20)中加速，其中，所述第一区域(20)或所述接片(17)的直接邻接到所述流入面(24)处的部分直接布置在所述流动连接部位(7)和/或所述终端区域(21)之上和/或之下。

2.根据权利要求1所述的气缸盖(1)，其中，所述第一区域(20)直接布置在所述流动连接部位(7)之上和/或之下并且所述接片(17)直接布置在所述终端区域(21)之上和/或之下。

3.根据上述权利要求中任一项所述的气缸盖(1)，其中，所述接片(17)大致在所述流动方向(16)上延伸。

4. 根据上述权利要求中任一项所述的气缸盖(1)，其中，设置有两个冷却剂套(9,10)，其中，第一冷却剂套(9)布置在所述管路(4, 5)之上而第二冷却剂套(10)布置在所述管路(4, 5)之下，其中，在两个冷却剂套(9, 10)中分别布置有至少一个接片(17)，其中，所述冷却剂套(9, 10)在流动技术上相互连接。

5. 根据上述权利要求中任一项所述的气缸盖(1)，其中，相应两个管路(4, 5)分别与所述内燃机(2)的燃烧室(23)相关联。

6. 根据上述权利要求中任一项所述的气缸盖(1)，其中，所述第一区域(20)或所述接片(17)的直接邻接到所述流入面(24)处的部分直接布置在流动连接部位(7)或终端区域(21)之上和/或之下，在所述流动连接部位/所述终端区域处来自两个不同的燃烧室(23)的管路(4, 5)被汇集。

7. 根据上述权利要求中任一项所述的气缸盖(1)，其中，来自至少四个大致彼此并排布置的燃烧室(23)的管路(4, 5)被汇集至所述集流管路(8)，其中，所述管路(4, 5)大致彼此并排布置，其中，所述第一区域(20)或所述接片(17)的直接邻接到所述流入面(24)处的部分仅直接布置在流动连接部位(7)或终端区域(21)之上和/或之下，在所述流动连接部位/所述终端区域处外部的燃烧室(23)的至少一个管路(4, 5)与相邻的燃烧室(23)的至少一个管路(4, 5)汇集。

8. 根据上述权利要求中任一项所述的气缸盖(1)，其中，所述流入面(24)大致横向于所述流动方向(16)延伸，其中，所述流入面(24)在平行于所述上分界壁和下分界壁(11,12)的横截面(25)中具有至少5mm[毫米]的半径(26)。

9.根据上述权利要求中任一项所述的气缸盖(1)，其中，所述气缸盖(1)和所述接片(17)在铸造技术上共同来制造。

10.根据上述权利要求1到9中任一项所述的气缸盖(1)，其中，所述气缸盖(1)在铸造技术上来制造而所述接片(17)由单独制造的构件(27)形成。